DE10234466B4 - Optoelektronisches Gerät zur optischen Erfassung eines Objekts - Google Patents
Optoelektronisches Gerät zur optischen Erfassung eines Objekts Download PDFInfo
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Abstract
Optoelektronisches
Gerät zur
optischen Erfassung eines Objekts (16), mit für die optische Erfassung des
Objekts (16) erforderlichen elektronischen, optoelektronischen und
optischen Komponenten (3 bis 5, 12, 13), die in einem Basisgehäuse (21)
angeordnet sind und über
einen von außerhalb
des optoelektronischen Geräts zugänglichen
Anschluss (18) für
eine elektrische Verbindung betreibbar sind, wobei die Komponenten
(3 bis 5, 12, 13) ausschließlich
auf einer optoelektronischen Modulgruppe angeordnet sind, wobei
der Anschluss (18) auf einem Anschlussmodul (17) angeordnet ist,
wobei die optoelektronische Modulgruppe und das Anschlussmodul (17)
in korrespondierende Aufnahmen (22, 23) des Basisgehäuses (21)
eingeführt
sind, und wobei auf der optoelektronischen Modulgruppe mindestens
ein Meldeelement (15) zur optischen Anzeige eines Betriebszustands
der optoelektronischen Modulgruppe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet,
dass in eine weitere Aufnahme (24) des Basisgehäuses (21) ein Lichtleitermodul
(25) eingeführt
ist, mittels dessen von dem Meldeelement (15) abgegebenes Licht nach
außerhalb
des optoelektronischen Geräts
führbar
ist, dass die optischen Komponenten...
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Gerät zur optischen Erfassung eines Objekts, mit für die optische Erfassung des Objekts erforderlichen elektronischen, optoelektronischen und optischen Komponenten, die in einem Basisgehäuse angeordnet sind und über einen von außerhalb des optoelektronischen Geräts zugänglichen Anschluss für eine elektrische Verbindung betreibbar sind.
- Derartige optoelektronische Geräte sind allgemein bekannt. Sie finden insbesondere in Form von optischen Näherungsschaltern (z. B. den sogenannten BEROs der Firma Siemens) Verwendung. Auch in der
DE 100 15 511 A1 und derDE 35 13 475 A1 sind solche optoelektronischen Geräte beschrieben. - Aus der
DE 44 34 011 C1 und der US-PS-4,412,129 sind optoelektronische Geräte bekannt, bei denen die Anschlüsse in einem separaten Anschlussmodul angeordnet sind, so dass die Anschlusstechnik leicht modifiziert werden kann. - Aus dem DE-GM-296 20 422 ist ein optoelektronisches Gerät bekannt, bei dem in dem optoelektronischen Gerät mindestens ein Meldeelement zur optischen Anzeige eines Betriebszustands des optoelektronischen Geräts angeordnet ist. Von dem Meldeelement abgegebenes Licht wird durch eine lichtdurchlässige Abdeckscheibe nach außerhalb des optoelektronischen Geräts durchgelassen.
- Die bekannten optoelektronischen Geräte bestehen in der Regel aus zwei Gehäuseteilen, in welche die optischen, die optoelektronischen und die elektronischen Komponenten sowie gegebenenfalls auch mechanische Komponenten eingebaut werden. An den Einbau der optischen und optoelektronischen Elemente wer den hohe Anforderungen an die maßliche Genauigkeit gestellt, damit die optischen Achsen bzw. der Winkel zwischen mehreren optischen Achsen und die Fokussierung ordnungsgemäß sind. Dies ist bei den bekannten Geräten schwierig und umständlich. In der Folge sind die Gehäuse kompliziert konstruiert, was zu teueren Werkzeugen und teueren Teilen führt. Ferner erhöht sich das Risiko, in der Fertigung Ausschuss zu produzieren.
- Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Geräte des Standes der Technik erst nach Einbau aller Komponenten auf Funktion und Eigenschaften geprüft werden können. Viele Elemente sind nach der Montage jedoch nicht mehr erreichbar. Dies gestaltet einen Abgleich, ein Justieren und auch eine eventuelle Reparatur sehr schwierig. Zum Einstellen der Geräte werden ferner von außen justierbare Elemente benötigt, was wiederum komplizierte, teure Lösungen bewirkt. Auch führen derartige, von außen zugängliche Justageelemente zu Problemen mit der erforderlichen Schutzart.
- Darüber hinaus bieten die Geräte nur eine beschränkte Variationsmöglichkeit für verschiedene kundenspezifische Ausführungen. Dies gilt insbesondere für die Anschlusstechniken. In diesem Fall benötigt man entweder neue Gehäuseteile oder geeignete Adapter. Letztere sind nicht nur teuer, sondern benötigen darüber hinaus viel Platz.
- Ein optoelektronisches Gerät nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der
DE 198 20 358 C1 bekannt. Der US-A-4,282,430 ist ein ähnlicher Offenbarungsgehalt zu entnehmen. - Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein optoelektronisches Gerät derart weiter zu entwickeln, dass es zuverlässig und flexibel einsetzbar ist.
- Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Denn dadurch ist bereits die optoelektronische Modulgruppe voll funktionsfähig. Insbesondere ist es daher möglich, die optischen und elektrischen Eigenschaften des Geräts bereits vor dem Einbau der optoelektronischen Modulgruppe in das Basisgehäuse zu überprüfen, gegebenenfalls einzustellen bzw. zu justieren oder sogar zu reparieren. Gleichzeitig ist es durch Verwendung eines geeigneten Anschlussmoduls möglich, die Anschlusstechnik leicht und ohne weiteres anzupassen. Ferner ist auch im Betrieb der Betriebszustand ohne weiteres erkennbar.
- Wenn die optoelektronische Modulgruppe ein Optomodul und ein mit dem Optomodul verbundenes Elektronikmodul aufweist, die optischen Komponenten auf dem Optomodul angeordnet sind und die elektronischen und optoelektronischen Komponenten auf dem Elektronikmodul angeordnet sind, ergibt sich ein konstruktiv einfacherer Aufbau. Insbesondere sind in diesem Fall die optischen Eigenschaften einerseits und die elektronischen und optoelektronischen Eigenschaften andererseits unabhängig voneinander überprüfbar und/oder voreinstellbar.
- Wenn das Elektronikmodul mit dem Optomodul toleranzarm fest verbunden ist, z. B. verschweißt ist, ergibt sich eine besonders stabile und zuverlässige Verbindung zwischen dem Elektronikmodul und dem Optomodul.
- Wenn das Elektronikmodul einen Optokomponententräger für zumindest die optoelektronischen Komponenten und einen mit dem Optokomponententräger verbundenen Elektronikkomponententräger für die – gegebenenfalls verbleibenden – elektronischen Komponenten aufweist und zumindest der Optokomponententräger direkt mit dem Optomodul verbunden ist, ergibt sich ein noch zuverlässigerer, insbesondere gut justierbarer Aufbau. Dies gilt ganz besonders, wenn die Komponententräger flexibel miteinander verbunden sind.
- Wenn das Anschlussmodul als Spritzgießteil ausgebildet ist, ist es besonders kostengünstig und einfach herstellbar.
- Wenn die optoelektronische Modulgruppe und das Anschlussmodul, gegebenenfalls auch das Lichtleitermodul, in das Basisgehäuse eingeschnappt oder mit dem Basisgehäuse verklebt oder verschweißt sind, ergibt sich ein besonders stabiler und zuverlässiger Halt der Module bzw. der Modulgruppe im Basisgehäuse.
- In der Regel ist das Basisgehäuse im wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Es kapselt in der Regel die elektronischen und die optoelektronischen Komponenten, gegebenenfalls auch die optischen Komponenten, in hoher Schutzart, z. B. gemäß IP 54 oder besser.
- Weitere Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels. Dabei zeigen in Prinzipdarstellung
-
1 ein Optomodul, -
2 ein Elektronikmodul, -
3 eine optoelektronische Modulgruppe, -
4 ein Anschlussmodul, -
5 ein Basisgehäuse und ein Lichtleitermodul, -
6 ein optoelektronisches Gerät und -
7 eine Variante von6 . - Gemäß
1 weist ein Optomodul1 einen Grundkörper2 auf. Im Grundkörper2 sind verschiedene optische Komponenten3 bis5 angeordnet. Die optischen Komponenten3 bis5 umfassen insbesondere Linsen3 , Polarisationsfilter4 sowie eine Abdeckplatte5 . Die optischen Komponenten3 bis5 sind in den Grundkörper2 eingesetzt. Dieser nimmt die optischen Komponenten3 bis5 hochgenau auf. Er legt somit insbesondere mit hinreichender Genauigkeit optische Achsen6 ,7 und – der Übersichtlichkeit halber nicht mit eingezeichnete – Fokussierebenen fest. - Die Abdeckplatte
5 ist insbesondere in eine entsprechende Aufnahme8 des Grundkörpers2 eingesetzt. Sie schützt daher die anderen optischen Komponenten3 ,4 . - Gemäß
2 weist ein Elektronikmodul9 einen Optokomponententräger10 und einen Elektronikkomponententräger11 auf. Die Komponententräger10 ,11 sind in der Regel als Leiterplatten10 ,11 ausgebildet. - Auf dem Optokomponententräger
10 sind optoelektronische Komponenten12 angeordnet. Die optoelektronischen Komponenten12 umfassen insbesondere einen optischen Sender und einen optischen Empfänger. Auf dem Optokomponententräger10 können ferner elektronische Komponenten angeordnet sein. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich. - Der Optokomponententräger
10 ist – starr oder flexibel – mit dem Elektronikkomponententräger11 verbunden. Auf dem Elektronikkomponententräger11 sind elektronische Komponenten13 angeordnet. Die elektronischen Komponenten13 bilden eine Beschaltung für die optoelektronischen Komponenten12 . Der Elektronikkomponententräger11 weist ferner Anschlusskontakte14 sowie Meldeelemente15 auf. Die Meldeelemente15 sind in der Regel als Leuchtdioden15 ausgebildet. Über sie ist insbesondere ein Betriebszustand des Elektronikmoduls9 anzeigbar. - Gemäß
3 ist der Optokomponententräger10 direkt mit dem Optomodul1 verbunden, z. B. durch Ultraschallverschweißung. Dadurch ist der Optokomponententräger10 besonders toleranzarm und stabil mit dem Optomodul1 verbunden. Insbesondere ist dadurch gewährleistet, dass die optoelektronischen Komponenten12 korrekt in den Fokussierebenen angeordnet sind. - Auch der Elektronikkomponententräger
11 ist mit dem Optomodul1 verbunden. Hier muss die Verbindung aber nicht so toleranzgenau und stabil sein. Beispielsweise ist ein Einführen des Elektronikkomponententrägers11 in Führungsschienen mit anschließendem Verrasten denkbar. - Das Elektronikmodul
9 und das Optomodul1 bilden zusammen eine optoelektronische Modulgruppe. Bereits mit den optischen, optoelektronischen und elektronischen Komponenten3 bis5 ,12 ,13 ist eine optische Erfassung eines Objekts16 möglich. Die hierzu erforderlichen Komponenten3 bis5 ,12 ,13 sind also ausschließlich auf der optoelektronischen Modulgruppe angeordnet. Die optoelektronische Modulgruppe ist also bereits voll funktionsfähig. Sie ist somit für sich auf Funktionsfähigkeit prüfbar. Ferner ist sie, soweit erforderlich, justierbar und gegebenenfalls auch reparierbar. Die Prüfbarkeit, Justierbarkeit und Reparierbarkeit betrifft dabei sowohl die optischen als auch die elektrischen und elektronischen Parameter und Charakteristiken der optoelektronischen Modulgruppe. Ferner ist es möglich, durch Verwendung einer entsprechend ausgebildeten optoelektronischen Modulgruppe ohne Änderungen an anderen Elementen spezielle Anforderungen oder Kundenwünsche zu berücksichtigen. - Gemäß
4 ist auf einem Anschlussmodul17 ein Anschluss18 für eine elektrische Verbindung angeordnet. Der Anschluss18 kann beispielsweise als hohles Außengewinde mit im Hohlraum angeordneten Kontaktstiften ausgebildet sein. Auch andere Anschlusstechniken sind aber möglich. - Das Anschlussmodul
17 ist als Spritzgießteil ausgebildet. Es weist eine Unterseite auf, auf der z. B. Kontaktflächen19 angeordnet sind, die mit den oben stehend erwähnten Kontaktstiften über Leiterbahnen20 verbunden sind und der Kontaktierung der Anschlusskontakte14 dienen. Über den Anschluss18 ist somit eine elektrische Verbindung zu den elektronischen und optoelektronischen Komponenten12 ,13 des Elektronikmoduls9 herstellbar, so dass diese betreibbar sind. - Gemäß
5 ist ein Basisgehäuse21 im wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Es weist Aufnahmen22 bis24 auf. In die Aufnahme22 ist die optoelektronische Modulgruppe einführbar. In die Aufnahme23 ist das Anschlussmodul17 einführbar. In die Aufnahme24 ist ein Lichtleitermodul25 einführbar. Mittels Lichtleitern26 des Lichtleitermoduls25 wird das von den Meldeelementen15 abgegebene Licht nach außen geführt. Somit sind die Anzeigen der Meldeelemente15 von außerhalb des optoelektronischen Geräts erkennbar. Die optoelektronische Modulgruppe, das Anschlussmodul17 und das Lichtleitermodul25 sind beispielsweise durch Einschnappen, Verkleben oder Verschweißen im Basisgehäuse21 fixierbar. - Die Lichtleiter
26 sind gemäß5 starr und schließen plan mit dem Lichtleitermodul25 ab. Sie könnten aber auch flexibel sein und über das Lichtleitermodul25 hinausgehen. Insbesondere in diesem Fall ist es möglich, die Anzeigen der Meldeelemente15 auch dann von außen abzulesen, wenn das Lichtleitermodul25 selbst nicht einsehbar sein sollte. -
6 zeigt das Basisgehäuse21 mit eingeführter optoelektronischer Modulgruppe, eingeführtem Anschlussmodul17 und eingeführtem Lichtleitermodul25 . In diesem, dem zusammengebauten Zustand des so gebildeten optoelektronischen Geräts zur optischen Erfassung des Objekts16 ist das Innere des Geräts nicht mehr zugänglich. Vielmehr kapselt das Basisgehäuse21 in diesem Zustand die elektronischen und optoelektronischen Komponenten12 ,13 sowie – mit Ausnahme der Abdeckplatte5 – auch die optischen Komponente3 bis5 in hoher Schutzart. Die Abdeckplatte5 ist also die einzige optische Komponente5 , die von außerhalb des optoelektronischen Geräts zugänglich ist. Die Linsen3 und die Polarisationsfilter4 hingegen sind mit gekapselt. Die Kapselung genügt dabei mindestens der Schutzklasse IP 54, besser der Schutzklasse IP 65 oder sogar IP 67. - Im zusammengebauten Zustand des optoelektronischen Geräts sind somit die für die optische Erfassung des Objekts
16 erforderlichen elektronischen, optoelektronischen und optischen Komponenten3 bis5 ,12 ,13 im Basisgehäuse21 angeordnet. Der Anschluss18 hingegen ist weiterhin von außerhalb des optoelektronischen Geräts zugänglich. - Die Abdeckplatte
5 und das Lichtleitermodul25 weisen gemäß6 die gleichen Abmessungen auf. Die Abdeckplatte5 ist somit in die Aufnahme24 für das Lichtleitermodul25 einsetzbar. Ferner sind die Aufnahmen22 und23 für die optoelektronische Modulgruppe und das Anschlussmodul17 gleich ausgebildet. Dadurch ist es insbesondere möglich, wie in7 schematisch dargestellt, die optoelektronische Modulgruppe in die Aufnahme23 für das Anschlussmodul17 und das Anschlussmodul17 in die Aufnahme22 für die optoelektronische Modulgruppe einzuführen. - Mittels des erfindungsgemäßen optoelektronischen Geräts sind auf einfache Weise folgende Vorteile erzielbar:
- – Das
Optomodul
1 , das Elektronikmodul9 einschließlich seiner Komponententräger10 ,11 , das Anschlussmodul17 und das Lichtleitermodul25 sind speziell für die an das jeweilige Modul1 ,9 ,17 ,25 zu stellenden Anforderungen optimierbar. - – Die
Module
1 ,9 ,17 ,25 sind vorab einzeln prüfbar, justierbar und erforderlichenfalls auch reparierbar. Ausschuss an Fertiggeräten tritt nicht mehr auf. - – Kundenwünsche und
andere Spezialanforderungen sind auf einfachere und kostengünstigere Weise
als im Stand der Technik realisierbar. Beispielsweise kann das Anschlussmodul
17 ohne Anpassung der anderen Module1 ,9 ,25 ohne weiteres für eine andere Anschlusstechnik ausgestaltet werden.
Claims (11)
- Optoelektronisches Gerät zur optischen Erfassung eines Objekts (
16 ), mit für die optische Erfassung des Objekts (16 ) erforderlichen elektronischen, optoelektronischen und optischen Komponenten (3 bis5 ,12 ,13 ), die in einem Basisgehäuse (21 ) angeordnet sind und über einen von außerhalb des optoelektronischen Geräts zugänglichen Anschluss (18 ) für eine elektrische Verbindung betreibbar sind, wobei die Komponenten (3 bis5 ,12 ,13 ) ausschließlich auf einer optoelektronischen Modulgruppe angeordnet sind, wobei der Anschluss (18 ) auf einem Anschlussmodul (17 ) angeordnet ist, wobei die optoelektronische Modulgruppe und das Anschlussmodul (17 ) in korrespondierende Aufnahmen (22 ,23 ) des Basisgehäuses (21 ) eingeführt sind, und wobei auf der optoelektronischen Modulgruppe mindestens ein Meldeelement (15 ) zur optischen Anzeige eines Betriebszustands der optoelektronischen Modulgruppe angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in eine weitere Aufnahme (24 ) des Basisgehäuses (21 ) ein Lichtleitermodul (25 ) eingeführt ist, mittels dessen von dem Meldeelement (15 ) abgegebenes Licht nach außerhalb des optoelektronischen Geräts führbar ist, dass die optischen Komponenten (3 bis5 ) eine Abdeckplatte (5 ) umfassen, dass die Abdeckplatte (5 ) die einzige optische Komponente (5 ) ist, die von außerhalb des optoelektronischen Geräts zugänglich ist, und dass die Abdeckplatte (5 ) derart dimensioniert ist, dass sie in die Aufnahme (24 ) für das Lichtleitermodul (25 ) einsetzbar ist. - Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Modulgruppe ein Optomodul (
1 ) und ein mit dem Optomodul (1 ) verbundenes Elektronikmodul (9 ) aufweist, dass die optischen Komponenten (3 bis5 ) auf dem Optomodul (1 ) angeordnet sind und dass die elektronischen und optoelektronischen Komponenten (12 ,13 ) auf dem Elektronikmodul (9 ) angeordnet sind. - Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikmodul (
9 ) mit dem Optomodul (1 ) toleranzarm fest verbunden ist, z. B. verschweißt ist. - Gerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikmodul (
9 ) einen Optokomponententräger (10 ) für zumindest die optoelektronischen Komponenten (12 ) und einen mit dem Optokomponententräger (10 ) verbundenen Elektronikkomponententräger (11 ) für die elektronischen Komponenten (13 ) aufweist und dass zumindest der Optokomponententräger (10 ) direkt mit dem Optomodul (1 ) verbunden ist. - Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Komponententräger (
10 ,11 ) flexibel miteinander verbunden sind. - Gerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlussmodul (
17 ) als Spritzgießteil (17 ) ausgebildet ist. - Gerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die optoelektronische Modulgruppe und das Anschlussmodul (
17 ), gegebenenfalls auch das Lichtleitermodul (25 ), in das Basisgehäuse (21 ) eingeschnappt oder mit dem Basisgehäuse (21 ) verklebt oder verschweißt sind. - Gerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (
22 ,23 ) des Basisgehäuses (21 ) für die optoelektronische Modulgruppe und das Anschlussmodul (17 ) derart ausgebildet sind, dass die optoelektronische Modulgruppe in die Aufnahme (23 ) für das Anschlussmodul (17 ) und das Anschlussmodul (17 ) in die Aufnahme (22 ) für die optoelektronische Modulgruppe einführbar sind. - Gerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (
21 ) im wesentlichen quaderförmig ausgebildet ist. - Gerät nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basisgehäuse (
21 ) die elektronischen und optoelektronischen Komponenten (12 ,13 ) in hoher Schutzart kapselt. - Gerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzart mindestens IP 54, besser IP 65 oder IP 67, entspricht.
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